Interview 2015:

OLEDs für die Beleuchtung – endlich raus aus der Nische?
Interview 2015

Wie sich flexible OLEDs automatisiert fertigen lassen

Artikel Elektronikpraxis Septemer 2019
Artikel 2019

Auszeichnung als ´inVISION Top Innovation 2015´

Die Imaging-Fachzeitschrift inVISION hat die OLED-Backlight-Beleuchtung seelector Lux OLED von hema electronic zur Top Innovation 2015 gewählt. Die Jury würdigt damit den Beitrag, die Themen Bildverarbeitung und optische Messtechnik weiter voran zu bringen. An der Abstimmung zum innovativsten Produkt des Jahres nahm neben der inVision-Redaktion eine unabhängige Jury von Experten teil. Mehr Informationen...

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News

Die OLED für Anwendungen in der Beleuchtung bietet ein flächiges, homogenes Licht. Dank ihrer dünnen und flexiblen Bauform unterscheidet sie sich wesentlich von der LED. Die starre OLED steht kurz vor ihrem Eintritt in den Massenmarkt. In den nächsten Jahren werden auch flexible OLED folgen.Aktuell konzentrieren sich die Hersteller darauf, den Frontend- Prozess zu beherrschen, mit dem sich gleichzeitig mehrere Roh-OLEDs auf Sheet-to-Sheet oder in der Zukunft auch von Rolle-zu-Rolle produzieren lassen. Doch ist zwingend eine Automatisierung der OLED-Fertigung notwendig, um die hohen Stückzahlen auch preislich angemessen produzieren zu können.

Aktuell ist bei den OLEDs für die Beleuchtung OLEDworks nach Umsatz Marktführer im niedrigen zweistelligen Millionenmarkt. Dabei zeichnet sich bereits jetzt ab, dass der Autobau ein wichtiger Massenmarkt für die OLED werden wird. Das in Thüringen beheimatete Unternehmen automation Uhr plant zusammen mit Partnern aus dem OLED- Netzwerk OLAB im Projekt OLEDautoflex, flexible OLEDModule automatisiert herzustellen. Dazu haben die Projektbeteiligten grundlegende Prozesse evaluiert, um OLEDs in geeigneten Prozessen herstellen zu können. Damit soll es künftig möglich sein, innerhalb einer sinnvollen Prozessfolge komplette OLEDModule auf nur einer Fertigungslinie komplett zu fertigen. Als ein wichtiger Zielmarkt wurde der Automobilbau definiert. Entscheidend zur erfolgreichen Implementierung der OLED-Technik sowohl für die Industrie als auch im Fahrzeugbau wird sein, dem Anwender ein Verfahren mit der zugehörigen Prozesstechnik an die Hand zu geben, um die entsprechenden Baugruppen fertigen zu können.

Mit OLEDautoflex suchen die im Projekt beteiligten Unternehmen spezielle Automatisierungslösungen für flexible OLEDs. Im Vergleich zu starren OLEDs sind die Anforderungen an die entsprechenden Verarbeitungsprozesse viel höher. Aktuelle Module werden beispielsweise auf einem Dünnglas mit einer Stärke von nur 0,1 mm entwickelt. Sowohl der Transport als auch das Fügen sind ungleich schwieriger. Biegt man das Trägermaterial, so steigt die Belastung erheblich. Damit Kerbspannung und Rissbildung vermieden werden, müssen die seitlichen Glasflächen feinstbearbeitet werden. Das Vorprodukt ist eine sogenannte Bare-Level- OLED, ein mit organischen Materialien bedampftes Trägermaterial, das derzeit noch relativ teuer ist. Das in der Vakuumanlage hergestellte Glasplattenformat misst etwa 400 mm x 500 mm. Im Nachfolgeprozess wird meist noch ein Ritz- sowie ein Brechoder Trennvorgang angeschlossen. Im Ergebnis liegt dann ein Flachglas mit organischer Beschichtung vor, was beispielsweise die Maße 150 mm x 60 mm bietet.

Die entstehenden Automatisierungskosten lassen sich bei automation Uhr anhand einer übermittelten Fertigungsstückzahl oder Investitionsmöglichkeit in kurzer Zeit sowohl im handgeführten wie auch im Automatikbetrieb für hohe Bedarfszahlen abschätzen. Dazu dient eine 3D-Entwicklungsoberfläche: Aus dem Datenbestand werden die vorher abgeschätzten Kosten für jeden Einzelprozess mit dem entsprechend sinnvollen Automatisierungsgrad abgeschätzt. Kosten laufen nicht aus dem Ruder und ohne langwierige Vorstudien lassen sich mögliche Kosten, Termine, Anlagengrößen oder Mitarbeiterbedarf bestimmen.

Massenstückzahlen und kleinere Losgrößen

Trotz der Automatisierung sollen ganz unterschiedliche OLED-Typen hergestellt werden. Dazu wurde das gesamte Automatisierungssystem auf Basis eines variablen Werkstückträgerumlaufsystems entwickelt. Die Werkstückträger sind in bestimmten Grenzen präzise verstellbar. Für damit nicht direkt abbildbare Sonderformen wie Kreise, Dreiecke oder beliebige Freiformen wurden entsprechende Wechseleinsätze realisiert. Sowohl die Entwicklungsoberfläche wie auch die Grundlagen für ein massentaugliches OLED-Modul sind bereits einsetzbar. Allerdings müssen die Kosten sowohl für Bare- Level-OLEDs als auch für den weiteren Komplettierungsprozess zum verwendbaren Modul weiter sinken. Hier helfen neue Fertigungstechniken, eine höhere Marktdurchdringung sowie allgemein höhere Stückzahlen. OLEDs für die Beleuchtung bieten technisch gesehen mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Lichtquellen. Das Licht ist flächig, womit zusätzliche teure Diffusorsysteme entfallen, die beispielsweise bei LEDs erforderlich sind. Außerdem ist das abgegebene Farbspektrum angenehmer für den Menschen. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Bautiefe. Sie bildet für bestimmte Anwendungen ein Alleinstellungsmerkmal. Hauptanwendung der OLED sind aktuell die Raumbeleuchtung sowie Kfz-Anwendungen oder in der Medizin oder Mikroskopie. Die Stückzahlen sind dabei jedoch geringer. Auf Sonderanlagen unterstützt automation Uhr sowohl die Produktion von Massenstückzahlen als auch kleineren Losgrößen. Je mehr OLEDs eingesetzt werden, desto günstiger wird ihr Preis. Gleichzeitig wird sich die allgemeine Einführungsphase für weitere OLED-Anwendungen verkürzen und den schnellen Übergang zum Massenmarkt durch entsprechende Produzenten beschleunigen.

Im aktuellen Projekt OLEDautoflex haben die Projektbeteiligten untersucht, wie sich biegbare OLEDs auf Basis von sehr dünnen Glasträgern mit Dicken bis 0,1 mm verarbeiten lassen. Dazu wurden die erforderlichen ALLGEMEINBELEUCHTUNG // FERTIGUNG HELL & HOMOGEN. TAG & NACHT. STANDARD & INDIVIDUELL. FARBE & LICHT . Farblicht für Tagesund Nachtanwendungen. LED-Ringbeleuchtung als kostengünstiges Standardprodukt oder individuelle Lösung. www.mentor-licht.de Arbeitsprozesse im Detail analysiert und technische Lösungen für die Verarbeitung der wesentlich schwieriger zu automatisierenden Baugruppen entwickelt. Zum Nachweis der Funktion wurden viele Arbeitsprozesse bereits ankonstruiert und ein Mustermodul mit einer flexiblen OLED als technischer Demonstrator entwickelt. Das Projekt steht ebenfalls kurz vor seinem Abschluss.

Die interessantesten Anknüpfungspunkte für das Projekt führen zu den Automobilherstellern. Der Einsatz kann sowohl in der Interieur- Beleuchtung oder bei den Rückleuchten erfolgen. Nach Serienfreigabe für das Fahrzeug werden deutlich höhere und damit immer besser automatisierbare Stückzahlen generiert. Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde durch das BMBF gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt liegt beim Autor.

automation Uhr

Weitere Hersteller von OLED
in der Beleuchtung
Osram OLED erreichte im Jahr 2014 mit
einer Pilotlinie Muster von OLED, die eine
Lichtausbeute von 65 lm/W bei einer Lebensdauer
von 15k Stunden LT70 ermöglichten.
Der Hersteller hat sich auf die Automobilhersteller
fokussiert. Inzwischen wurde die
Heckleuchten des Audi M4 GTS und des BMW
TT RS, die in geringen Stückzahlen gefertigt
wurden, mit kundenspezifischen segmentierten
OLEDs von Osram Opto Semiconductors
ausgerüstet. Spezifikationen und zukünftige
Produktentwicklungen sind nicht
veröffentlicht. Kaneka Corporation/Business
Unit aus Japan bietet starre OLEDs mit einer
Größe von 80 mm x 80 mm an, die auf einer
Pilotlinie produziert werden. Die zukünftige
Strategie des Herstellers ist nicht bekannt.
Sumitomo Chemicial produziert als einziges
Unternehmen OLEDs auf der Basis von POLED.
Die langkettigen Polymere erreichen
nicht die Parameter der SM-OLED, können
aber möglicherweise kostengünstiger produziert
werden. Die Solid State Light Initiative
des Department of Energy in den USA hat
aufgezeigt, welche Fertigungsstufen bis zur
Vermarktung von OLED grundsätzlich aufzubauen
sind. Bisherige Betrachtungen bezogen
sich auf den Frontend-Prozess. Die
Gesamtkosten entstehen aber unter Einbeziehung
der nachfolgenden Schritte über
OLED-Modul bis zur kompletten Leuchte.
Hier ist zwingend die Weiterführung der Automatisierung
der OLED-Beleuchtung zur
Schließung der Lücken notwendig. Durch die
enge Kooperation des Mittelständlers „automation
Uhr“ aus Thüringen mit OLEDWorks
sind Teillösungen bereits realisiert worden.
Im dritten Teil geht es um flexible OLEDBauelemente
und ihre Fertigung. Aber auch
um mögliche Probleme bei künftigen Fertigungsverfahren
wie „Rolle-zu-Rolle“ sowie
den Bezug zu flexiblen Displays. // HEH

zum Thema OLED, AMOLED, OLED TV und Lighting bekommen Sie hier:

oled-info.com

 

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OLED Projekt- und Netzwerkmanagement

OLEDs als Beleuchtungskomponenten für die IBV Organisches Licht

Anwendungsartikel in inVision Februar 2014

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